Warum DFT früh mitgedacht werden muss

DFT (Design for Test) ist die Auslegung eines PCB-Layouts auf elektrische Prüfbarkeit. Anders als das reine Funktionsdesign fragt DFT: «Kann eine Prüfanlage später jeden relevanten Knoten der Schaltung erreichen und messen?» Wird diese Frage erst nach dem Routing gestellt, ist es meist zu spät — es fehlen Kontaktflächen, oder Testpunkte liegen so ungünstig, dass weder ein In-Circuit-Test noch ein Flying Probe die Baugruppe wirtschaftlich prüfen kann.

Der Aufwand ist asymmetrisch: Im Schaltplan und im frühen Layout kostet ein zusätzlicher Testpunkt praktisch nichts. Nachträglich in einer freigegebenen Revision ist derselbe Testpunkt ein Redesign. Deshalb gehören Testpunkte in dieselbe Denkphase wie Fiducials, Panelisierung und Bauteilabstände — nicht ans Ende.

Allgemeine Testpunkt-Regeln

Unabhängig vom gewählten Prüfverfahren gelten einige Grundregeln, die aus den SMTEC Design Guidelines (Kapitel 6) stammen:

  • Positionierung: Für den Flying Probe liegen alle Testpunkte idealerweise auf derselben Seite der Leiterplatte. Bei ICT und Funktionstest (FKT) ist eine beidseitige Kontaktierung zwar möglich, verursacht aber höhere Hardwarekosten am Testadapter.
  • Knotenabdeckung: Jeder Knotenpunkt der Schaltung sollte mit einem Testpunkt versehen werden. Nur was elektrisch erreichbar ist, kann später auch geprüft werden.
  • Vias als Testpunkte: Möglichst vermeiden. Ist es unumgänglich, muss das Via einen Durchmesser von mindestens 0,8 mm haben und gefüllt sein — sonst ist die Kontaktierung durch die Prüfnadel oder den Federkontaktstift nicht zuverlässig.
  • Speisungen: VCC, GND und andere Versorgungsnetze brauchen wegen der höheren Stromaufnahme mindestens zwei bis vier Testpunkte. Ein einzelner Kontakt würde beim Prüfen zu stark belastet.

Vorgaben In-Circuit-Test (ICT)

Der In-Circuit-Test kontaktiert die Baugruppe über ein Nagelbett aus Federkontaktstiften. Damit dieser Adapter die Platine präzise und reproduzierbar kontaktiert, gelten engere Vorgaben als beim Flying Probe:

  • Testpunkt-Durchmesser: mindestens 1 mm.
  • Mindestabstand: 2,03 mm zwischen zwei Testpunkten — das entspricht dem Rastermass der Federkontaktstifte.
  • Fangbohrungen: Jede Leiterplatte benötigt zwei asymmetrisch über die Diagonale angeordnete Fangbohrungen. Diese können optional durch SMTEC im Nutzenrand ergänzt werden.
  • Fangbohrungen-Ausführung: nicht aufgekupfert, Durchmesser mindestens 2,0 mm, optimal 3,0 mm.
  • Abstand zu Fanglöchern: Testpunkte neben Fanglöchern halten einen Minimalabstand von 5,0 mm ein.
  • Koordinaten-Stabilität: Bei Änderungen an der Baugruppe sollten die Koordinaten von Testpunkten und Fangbohrungen beibehalten werden — so bleibt derselbe Testadapter weiterverwendbar, was erhebliche Kosten spart.
  • Pastendaten: Testpunkte dürfen nicht in den Pastendaten enthalten sein, sonst würde Lotpaste die Kontaktflächen belegen.

Vorgaben Flying Probe

Der Flying Probe verfährt einzelne Prüfnadeln frei über die Platine und benötigt keinen bauteilspezifischen Adapter. Das macht ihn ideal für Prototypen und kleine Serien — die geometrischen Vorgaben sind entsprechend entspannter:

  • Testpunkt-Durchmesser: 0,8 mm oder grösser.
  • Mindestabstand: 1,6 mm zwischen zwei Testpunkten.
  • Bauhöhe beachten: Testpunkte sollten nicht zu nahe an hohen Bauteilen liegen, damit die Prüfnadel den Kontaktpunkt ungehindert erreicht.
  • Onboard-Programmierung: ICs können beim Flying Probe nicht in der Anlage programmiert werden. Wird eine Programmierung im Test gewünscht, führt der Weg über den ICT oder einen separaten Programmierschritt.

ICT oder Flying Probe?

Beide Verfahren haben ihre Berechtigung — die Wahl hängt vor allem von Stückzahl und Prüftiefe ab. Die folgende Tabelle stellt die wichtigsten DFT-Vorgaben direkt gegenüber:

Kriterium In-Circuit-Test (ICT) Flying Probe
Testpunkt-Durchmesser ≥ 1 mm ≥ 0,8 mm
Mindestabstand Testpunkte 2,03 mm 1,6 mm
Fangbohrungen 2 asymm., ≥ 2,0 mm (optimal 3,0 mm) nicht erforderlich
Kontaktierung beidseitig möglich nur eine Seite
Onboard-Programmierung möglich nicht möglich

// Quelle: SMTEC Design Guidelines, Kapitel 6

Faustregel: Für einzelne Prototypen und kleine Vorserien ist der Flying Probe meist der schnellere und günstigere Weg, weil kein Testadapter gebaut werden muss. Steigen die Stückzahlen oder wird eine Onboard-Programmierung benötigt, spielt der ICT seine Stärken aus — vorausgesetzt, das Layout hat von Anfang an die passenden Testpunkte und Fangbohrungen.

// Stand SMTEC Speedplace

ICT und Flying Probe sind bei Speedplace Anfrage-Leistungen. Für den Flying Probe liefern Sie idealerweise IPC-Daten, eine konvertierbare Stückliste, das Schema und die Testpunkte. Für den ICT brauchen wir zusätzlich ein Pflichtenheft und die definierten Testpunkte. Je früher diese Angaben vorliegen, desto reibungsloser lässt sich die Prüfung auslegen.

Why DFT must be considered early

DFT (Design for Test) is designing a PCB layout for electrical testability. Unlike pure functional design, DFT asks: "Can a test system later reach and measure every relevant node of the circuit?" If that question is only raised after routing, it is usually too late — contact areas are missing, or test points sit so awkwardly that neither an in-circuit test nor a flying probe can test the assembly economically.

The effort is asymmetric: in the schematic and early layout an extra test point costs practically nothing. Added later to a released revision, the same test point becomes a redesign. That is why test points belong in the same thinking phase as fiducials, panelisation and component clearances — not at the very end.

General test point rules

Regardless of the chosen test method, some basic rules apply, taken from the SMTEC Design Guidelines (chapter 6):

  • Positioning: For the flying probe, all test points ideally sit on the same side of the board. For ICT and functional test (FCT) double-sided contacting is possible, but it drives up the hardware cost of the test adapter.
  • Node coverage: Every node of the circuit should carry a test point. Only what is electrically reachable can be tested later.
  • Vias as test points: Avoid where possible. If unavoidable, the via must be at least 0.8 mm in diameter and filled — otherwise contacting by the probe or spring pin is not reliable.
  • Supply nets: VCC, GND and other supply rails need at least two to four test points because of their higher current draw. A single contact would be overloaded during testing.

In-circuit test (ICT) requirements

The in-circuit test contacts the assembly through a bed of nails made of spring contact pins. For this adapter to contact the board precisely and reproducibly, the requirements are tighter than for the flying probe:

  • Test point diameter: at least 1 mm.
  • Minimum spacing: 2.03 mm between two test points — this matches the grid pitch of the spring contact pins.
  • Tooling holes: Every board needs two tooling holes arranged asymmetrically across the diagonal. These can optionally be added by SMTEC in the panel border.
  • Tooling hole design: not copper-plated, diameter at least 2.0 mm, ideally 3.0 mm.
  • Distance to tooling holes: test points next to tooling holes keep a minimum clearance of 5.0 mm.
  • Coordinate stability: when the assembly changes, keep the coordinates of test points and tooling holes — the same test adapter stays reusable, which saves considerable cost.
  • Paste data: test points must not be included in the paste data, otherwise solder paste would cover the contact areas.

Flying probe requirements

The flying probe moves individual probes freely across the board and needs no board-specific adapter. That makes it ideal for prototypes and small series — its geometric requirements are correspondingly more relaxed:

  • Test point diameter: 0.8 mm or larger.
  • Minimum spacing: 1.6 mm between two test points.
  • Mind component height: test points should not sit too close to tall components, so the probe can reach the contact point unobstructed.
  • Onboard programming: ICs cannot be programmed in the system during flying probe testing. If programming during test is required, the route is via ICT or a separate programming step.

ICT or flying probe?

Both methods have their place — the choice mainly depends on volume and test depth. The following table compares the key DFT requirements side by side:

Criterion In-circuit test (ICT) Flying probe
Test point diameter ≥ 1 mm ≥ 0.8 mm
Minimum test point spacing 2.03 mm 1.6 mm
Tooling holes 2 asymm., ≥ 2.0 mm (ideally 3.0 mm) not required
Contacting double-sided possible one side only
Onboard programming possible not possible

// Source: SMTEC Design Guidelines, chapter 6

Rule of thumb: for single prototypes and small pre-series the flying probe is usually the faster and cheaper route, because no test adapter has to be built. As volumes grow or onboard programming is needed, the ICT plays to its strengths — provided the layout has the right test points and tooling holes from the start.

// At SMTEC Speedplace

ICT and flying probe are request services at Speedplace. For the flying probe you ideally supply IPC data, a convertible bill of materials, the schematic and the test points. For the ICT we additionally need a specification sheet and the defined test points. The earlier this information is available, the more smoothly the test can be designed.

Prüfkonzept für Ihre Baugruppe? Test concept for your assembly?

ICT und Flying Probe sind Anfrage-Leistungen. Starten Sie Ihr Projekt im Online-Konfigurator und hinterlegen Sie Ihre Prüfanforderungen — wir melden uns mit dem passenden Testkonzept. ICT and flying probe are request services. Start your project in the online configurator and note your test requirements — we will come back with the right test concept.

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